大腸桿菌K-12 Keio在高通量篩選赤潮藻類中的細菌代謝產(chǎn)物的應(yīng)用

水生生物是大型生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的一部分，許多生物在整個生命周期中都通過這種網(wǎng)絡(luò)相互影響。近幾十年來，對藻類和細菌之間不同類型的生態(tài)相互作用（包括共生和共生）進行了大量研究，試圖闡明這些相互作用的潛在工業(yè)應(yīng)用。這些研究表明，特定細菌可以改變藻類的生長反應(yīng)和生理機制，這些現(xiàn)象導(dǎo)致了有趣的工業(yè)利益，例如藻類的絮凝和油脂積聚，以及提高了生物量的生產(chǎn)率。先前對細菌與微藻相互作用的研究表明，藻類的生長反應(yīng)可以被各種細菌代謝物改變，例如吲哚-3-乙酸，維生素B12和細菌鐵載體。這些研究表明細菌代謝產(chǎn)物是藻類種群和生理的主要調(diào)節(jié)劑。

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對細菌代謝產(chǎn)物及其生態(tài)影響的研究不僅為其工業(yè)用途及其生態(tài)學(xué)研究提供有用的信息，而且還為控制水生環(huán)境中有害藻華（赤潮，HABs）提供了信息。近年來，氣候變化加劇了HABs的發(fā)生，這已成為一個主要的生態(tài)問題。有害生物有害生物不僅嚴重破壞水生生態(tài)系統(tǒng)，而且對漁業(yè)產(chǎn)生不利影響，并可能通過生物蓄積或生物放大作用損害人類健康。已經(jīng)提出了幾種控制HAB的策略，包括化學(xué)處理-使用高錳酸鉀和硫酸銅，以及使用泵，屏障和過濾器進行機械控制。生物治療方法是使用生物體（如殺藻細菌和病毒）控制HAB的另一種策略。對于采用生物學(xué)方法，至關(guān)重要的是表征細菌相互作用的代謝產(chǎn)物，以評估可能的環(huán)境風險和機理反應(yīng)。

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為了鑒定細菌相互作用的代謝產(chǎn)物，Hee-Sik Kim團隊使用大腸桿菌K-12突變文庫應(yīng)用了高通量篩選方法。Keio集合，包括大腸桿菌K-1228中所有非必需基因的所有單基因敲除突變體。

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篩選顯示，與野生型大腸桿菌相比，大腸桿菌K-12中共有80個基因敲除突變體，導(dǎo)致藻類生長增加了約1.5倍。從篩選中鑒定了參與脂多糖（LPS）（或脂寡糖，LOS）生物合成的五個細菌基因（lpxL，lpxM，kdsC，kdsD，gmhB）。與野生型相比，在這些細菌中檢測到的LPS水平相對較低。此外，合成LPS補充后微藻生長的濃度依賴性降低表明LPS抑制藻類生長。LPS的添加以濃度依賴性方式增加了2,7-二氯二氫熒光素二乙酸酯的熒光以及脂質(zhì)過氧化介導(dǎo)的丙二醛形成的水平，表明氧化應(yīng)激可能源于LPS的添加。此外，補充LPS還顯著降低了多種形成花白藻的鞭毛藻和綠藻的生長。研究結(jié)果表明，基于Keio集合的高通量體外篩選是鑒定交互式細菌代謝產(chǎn)物和相關(guān)基因的有效方法。

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【文章來源】doi.org/10.1038/s41598-020-67322-w

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